摘要：针对汽车零件转子生产过程中出现的各种问题，如孔位（
）表面缺陷（划伤、裂纹）等生产质量要求，设计了转子检测装置的机械结构。主要包括，针对不同的检测位置，设计六个检测工位；针对转子检测装置的不同功能，设计不同的检测部件；运用SoildWorks对设计出的转子检测装置进行三维建模；建立了实验平台，试验结果表明转子检测装置能够实现对不同型号工件质量的精确识别，检测过程高效可靠。
关键词：转子检测；机械设计；三维模型
引言
电机是根据电磁感应定律实现电能和机械能变换或传递的一种能量转换装置，它主要是通过产生驱动转矩，作为各种机械设备的动力源，在医疗、制药、机械、交通、建筑等诸多行业中得到了广泛的应用。电机的工作原理是利用电机转了内部换向器配合电刷的换向，把转了线圈中感应的交变电动势，变为直流电动势，再从电刷端引出电动势作为各种设备的动力源。电机的安全运行直接关系到其应用领域的生产安全，由于电机的应用范围很广泛，工作条件也十分不同，有的工作条件十分恶劣，因此，对电机转了的各项参数进行综合试验和检查是十分重要的环节。电机转了（又称转了）是电机的主要部件，它是实现能量变换的核心部分。转了是由转了铁芯、转了绕组、换向器、转轴和各种绝缘材料组成。根据实际运行表明，电机的转了故障是电机的主要故障之一，对电机转了进行综合测试主要是包括工频交流耐压试验、直流高压泄漏电流试验、绕组匝问耐压和绕组直流电阻的测定等。电机的内部结构是相互联系和影响的，当电机发生故障时，操作人员面对检测到的大量的电机数据信息，很难在短时问内对电机的故障状态做出判断；另外，对电机故障进行监测的系统通常只会显示越限报警信号，当越限信号出现时，电机已经发生较为严重的故障，不能起到早期预防和消除故障于萌芽阶段的作用。为了对电机进行实时监控，就必须开展基于电机实时状态检测的故障诊断的研究，即，根据检测的信息可以进行电机状态的判断，确定电机的故障类型、原因和具体位置，指出故障解决的方法和对策，使电机恢复到正常状态。
1修复前检测
在检修过程中发现该厂3500产线精轧机转子轴存在4处疑似裂纹缺陷，对疑似裂纹部位进行磁粉检测与渗透检测均可见清晰裂纹显示，缺陷长度在55～300mm之间，超声波检测显示裂纹深度最浅约为45mm，最大深度可达90mm左右。详细检测数据如下：转子轴材质为铁磁性材料，磁粉检测是确认该转子轴是否产生表面裂纹缺陷的最佳无损检测手段之一，因此根据《承压设备无损检测NB/T47013.4-2015标准》要求，选择美国磁通Y-1磁粉探伤机，对转子轴进行磁粉检测，检测时发现转子轴传动端辅板与轴焊接处存在4处裂纹显示，长度分别约为175mm、55mm、200mm和300mm。为进一步对裂纹进行确认并使裂纹显示更加清晰直观，根据《承压设备无损检测NB/T47013.5-2015标准》要求，对转子轴进行溶剂去除型渗透检测，在磁粉检测显示裂纹部位渗透检测依然能够发现裂纹显示，裂纹形貌和长度与磁粉检测基本一致。
2检测部件设计
2.1运料组件设计
运料组件是各个工位间运送转子的组件。运料组件分为移栽、步进电机、伺服电机、丝杠和直线导轨，这些部件都安装在机械臂底板上。移栽共分六个动作部件对应六个工位，前五个部件结构相同；每个动作部件都是由滑台和气爪组成，第六个动作部件在滑台上还安装有步进电机，这种结构可以使气爪可以旋转预先设定的角度，方便相机拍照。运料组件的运动是通过伺服电机与丝杠驱动机械臂底板沿着直线导轨左右直线运动，当运料组件运动到工位上方时，移栽上的六个滑台下降，将气爪送进工件的中心孔内，之后六气爪内涨夹紧工件，随后六滑台上升完成本次取料的动作。机械臂底板后安装了三个光电开关，分别为两个极限位置和一个复位位置，通过这三个光电开关实现复位功能。
2.2转子轴激光熔覆修复
精轧机转子轴属于大型机电设备，采购同型号转子轴约需人民币2500余万元，且需要在国外某生产厂家订制，生产及运输周期较长，新转子轴到货前，该钢厂只能被迫停产，订单无法按期交付，必然会导致客户及市场份额流失，采购新转子轴无法满足生产节奏要求，因此对该转子轴进行修复迫在眉睫。转子轴工作环境恶劣且工作时需承受非常大的负载，对修复强度指标与几何尺寸精度要求非常高，传统的焊补工艺所选用的焊条强度无法满足使用要求，只能采用激光熔覆技术进行修复。激光熔覆技术的研究工作始于20世纪70年代，1981年成功地应用在喷气发电机叶片上。激光熔覆是利用高能激光束在金属表面照射，使涂覆材料熔化、扩展、与基材结合并迅速凝固，在基材表面形成一层具有特殊物理、化学与力学性能的熔覆层，所形成的熔覆层与基材具有完全不同的成分和性能。激光熔覆技术是一种表面改性方法[1]，它改变了常规设计加工中必须使用单一均质材料的现象，创造性地提出根据使用要求而选择材料，由激光加工技术将多种材料结合在一起的技术，将“好钢用在刀刃”上，无论是从延长零件使用寿命、提高性能、降低制造成本方面，还是从节约地球资源、充分发挥“物尽其用”方面，都为零件的设计和加工提供了一个全新的思路。转子轴的激光熔覆修复，要保证修复部位的结合强度、满足零部件的使用条件，还要确保修复的转子轴具有足够的安全运行周期。激光熔覆修复时，首先要对转子轴进行机械尺寸校核、无损检测与缺陷判断，还需要进行故障诊断与失效分析，并进行强度计算与寿命评估。只有通过科学的分析，才能保证修复后的转子轴安全稳定运行和足够的使用寿命。根据转子轴基材材质专门开发了特定梯度功能的复合粉末，同时针对转子轴的工作环境、受力状况等因素制定激光熔覆工艺，修复设备选择移动式激光现场维修加工系统，包括1kW全固态移动式激光器、全空间自由度机器人加工执行机构、光纤传输光能，远距离运输后落地出光的激光加工系统和镗、铣机械加工的随行车、磨，可对轴面、平面进行随行机加系统的成套移动式加工设备。通过现场的光加工和机加工以及定位检测工艺在内的完整的现场激光加工技术不仅使精轧机转子轴的损伤部位得到了修复，还使得修复后的转子轴强度性能得到大幅度提高，同时也提高了抗同类损伤的能力，实现维修转子轴的寿命接近新品寿命。
2.3信号切换部分
整机的信号切换要满足下面两个条件：电流信号可加到任意两片换向片；可测任意两片换向片的电阻。转了转了片数一般不超过36片，在测量直流电阻时，一般都是在被测电阻两端引出四条导线，其中两根连接电流源，另外两根作为测量端。因此在转了的每片换向片的端点都引出两条信号线，分别对应电流端和测量端，因此每个转了转了最多会引出72根信号线。每根信号线连接一个继电器，用来表示该信号线被使用的状态。因为本系统中要测量的焊接电阻属于微小电阻，不允许有较大的电流通过，因此设计了两路电流源相互抵消的方法，以使通过焊接电阻的电流较小，所以一般的四线测量法不能完全适应本系统的需要。
结语
本文在汽车检具设计相关理论的基础上，结合三维建模软件设计出了转子检测装置的整体机械结构，包括检测平台和各个组件。经过反复试验论证，该检具系统能够实现自动化检测，满足既定的检验需求，检测过程高效可靠。相比于传统检具，该装置能够实现检测自动化，大大提高了检具的智能化水平。
参考文献：
［1］吴学钎，郭耀东，阮金晶．锥形定、转子加工工艺［J］．电机技术，2018（2）：58－60．
［2］窦寒玙．汽车检具发展现状与趋势［J］．模具工业，2017，43（4）：1－6．
论文作者:朱勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
标签：转子论文; 电机论文; 转了论文; 裂纹论文; 激光论文; 基材论文; 部件论文; 《基层建设》2019年第19期论文;